Fotoninen langaton siirto soliton-mikrokammoilla

Perinteisillä elektronisilla teknologioilla on perustavanlaatuisia rajoituksia vakaiden korkeataajuisten signaalien tuottamisessa yli 350 GHz:n taajuuksilla, mukaan lukien pienentynyt lähtöteho ja lisääntynyt vaihekohina.

Nämä haasteet ovat haitanneet erittäin nopean langattoman viestinnän toteuttamista terahertsialueella, jonka odotetaan olevan avainasemassa tulevaisuuden 6G-järjestelmissä.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tutkimusryhmä kehitti mikrokampapohjaisen terahertsitaajuisen langattoman tietoliikennejärjestelmän, joka yhdistää kuitukytkettyjen mikrokampojen ja korkeamman asteen modulaatiotekniikoiden yhdistelmän. Järjestelmä hyödyntää mikrokampojen korkeaa taajuusvakautta ja matalaa vaihekohinaa tuottaakseen matalakohinaisen terahertsisen kantoaallon.

Tämä mahdollisti langattoman tiedonsiirron 112 Gbps:n nopeudella 560 GHz:n taajuusalueella, ylittäen merkittävästi perinteiset terahertsiset tietoliikennejärjestelmät näillä taajuuksilla, jotka tyypillisesti rajoittuvat muutamasta useisiin kymmeniin gigabitteihin sekunnissa.

Järjestelmä osoitti ensimmäistä kertaa luokkaa 100 Gbps:n langattoman tiedonsiirron yli 420 GHz:n taajuudella, mikä avasi uuden rajan korkeataajuisissa langattomissa teknologioissa.

Järjestelmä perustuu kompaktiin ja vakaaseen mikrokamparakenteeseen, joka käyttää kuitukytkettyä mikroresonaattoria. Liittämällä optisen kuidun suoraan piinitridimikroresonaattoriin tutkijat eliminoivat tarkan optisen kohdistuksen tarpeen, mikä mahdollisti merkittävän pienentämisen ja paransi toiminnan vakautta.

Tämä kokoonpano mahdollisti myös suuritehoisen optisen pumppauksen ja pitkäaikaisen vakaan toiminnan, mikä loi alustan vähäkohinaisen terahertsisignaalin generoinnille. Lisäksi mikroresonaattorin lämpötilan säätötoiminnon integrointi parantaa optisen resonanssin ominaisuuksien toistettavuutta ja lisää kestävyyttä ympäristön lämpötilan vaihteluita vastaan.

Langattomuuden siirtokokeessa kaksi erittäin stabiilia optista kantoaaltoa luotiin mikrokamman optisen injektiolukituksen avulla ja moduloitiin QPSK- ja 16QAM-formaateissa. Nämä signaalit muunnettiin 560 GHz:n terahertsin aalloksi fotomiksauksen avulla ja lähetettiin langattomasti. Vastaanottimessa signaalit talteen otettiin heterodyne-ilmaisulla ja aliharmonisella sekoittimella. Tuloksena saavutettiin 84 Gbps:n (QPSK) ja 112 Gbps:n (16QAM) tiedonsiirtonopeudet.

”Tämä tulos on merkittävä askel kohti käytännöllisiä 6G-langattomia järjestelmiä ja erittäin nopeita mobiiliyhteyksiä”, sanoi Tokushiman yliopiston professori Takeshi Yasui.

Aiheesta aiemmin:

Korkealaatuisia mikroaaltosignaaleja fotonisirulta

Langattomuus haastaa valokuitujen nopeudet

Solitonista tiedonsiirtoa